隨著集成電路技術(shù)節(jié)點的不斷減小以及互連布線密度的急劇增加，互連系統(tǒng)中電阻、電容帶來的 RC耦合寄生效應(yīng)迅速增長，影響了器件的速度。圖2.3比較了不同技術(shù)節(jié)點下門信號延遲（gate delay）和互連層RC延遲（RC delay）。在早期，柵致延遲占主導(dǎo)地位，互連工藝中的RC延遲的影響很小。隨著 CMOS 技術(shù)的發(fā)展，柵致延遲逐步變小；但是，RC延遲卻變得更加嚴(yán)重。到 0.25μm 技術(shù)節(jié)點，RC延遲不再能夠被忽略。

降低 RC 延遲可以分別通過降低阻抗和容抗以達(dá)到目的。首先來考察與阻抗相關(guān)的相關(guān)參數(shù)

式中，p是導(dǎo)線材料的電阻率，A和L 分別是與電流方向垂直的導(dǎo)線截面積和電流方向的導(dǎo)線長度。由于A和L是幾何微縮過程中已經(jīng)確定了的重要參數(shù)，降低阻抗R的最好的方法就是降低電阻率p值。在0.18μm 和0.13μm技術(shù)節(jié)點，工業(yè)界引入了低電阻值的銅互連線來代替鋁互連技術(shù)，銅互連將至少沿用到 22nm技術(shù)節(jié)點。

接著，來看容抗相關(guān)的物理參數(shù)

在上述等式中，k是介電材料的介電常數(shù)，A和d分別是導(dǎo)線之間的正對面積和導(dǎo)線之間的距離。同樣，由于A和L是幾何微縮過程中已經(jīng)確定了的重要參數(shù)，工業(yè)界采用低電容的低介電常數(shù)（低k）絕緣材料，其發(fā)展趨勢就是介電常數(shù)不斷降低（見表2.2）。

二氧化硅的k值在4.2左右，通常通過摻雜其他元素以降低k值，比如 0.18
μm 工藝采用摻氟的二氧化硅，氟是具有強負(fù)電性的元素，當(dāng)其摻雜到二氧化硅中后，可以降低材料中的電子與離子極化，從而使材料的介電常數(shù)從4.2 降低到3.6左右。

更進(jìn)一步地，通過引入碳原子在介電材料也可以降低k值，即利用形成Si-C及C-C鍵所聯(lián)成的低極性網(wǎng)絡(luò)來降低材料的介電常數(shù)。針對降低材料密度的方法，其一是采用化學(xué)氣相沉積（CVD）的方法在生長二氧化硅的過程中引入甲基（一CH3），從而形成松散的SiOC:H薄膜，也稱CDO（碳摻雜的氧化硅），其介電常數(shù)在3.0左右。其二是采用旋壓方法（spin-on）將有機聚合物作為絕緣材料用于集成電路工藝。這種方法兼顧了形成低極性網(wǎng)絡(luò)和高空隙密度兩大特點，因而其介電常數(shù)可以降到2.6以下。但致命缺點是機械強度差，熱穩(wěn)定性也有待提高。

當(dāng)?shù)蚹材料中的一部分原子被孔隙所替代時，很自然的，其k值繼續(xù)下降。通常來說，介電材料的孔隙率越高，k值越低。介電材料中增加的孔隙率對材料的熱-機械性能會帶來不利的影響。此外，隨著孔隙率的增加，材料的彈性模量和導(dǎo)熱系數(shù)的退化速度（冪指數(shù)規(guī)律）比其材料密度和 k值的降低速度要快，后兩者是以線性規(guī)律下降的。這種不利影響能被隨后的修復(fù)（cure）技術(shù)所補償，包括熱處理、紫外線照射和電子束照射等方法，去除致孔劑，并同時破壞低k膜材料中 Si-OH及Si-H鍵，形成Si-O鍵網(wǎng)絡(luò)，大角度的Si-O-Si鍵向更加穩(wěn)定的小角或者“網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，同時交聯(lián)程度也得到提高，從而能使機械強度得到提高。

到65nm 技術(shù)節(jié)點以下則采用低k 材料（k≤3.2），到超低介電常數(shù)材料（ULK,k≤2.5），乃至到空氣隙（air gap）架構(gòu)（k≤2.0）。同傳統(tǒng)的氧化硅薄膜相比，低k薄膜在機械強度、熱穩(wěn)定性和與其他工藝銜接等方面有很多問題，給工藝技術(shù)帶來了很大挑戰(zhàn)。